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AUXINAS
Hormônios de crescimento
Introdução
Hormônios vegetais ou fitormônios: substâncias produzidas
pelas plantas que geralmente em baixas concentrações causam
respostas fisiológicas.
Reguladores de crescimento são substâncias sintéticas que
atuam como hormônios.
Auxinas foram o 1º grupo a ser descoberto.
Final do séc. XIX, Charles Darwin observou curvaturas de
plântulas de gramíneas em resposta à iluminação lateral.
Substância produzida nos ápices difundia-se de coleóptilos para
blocos de Agar.
Auxina foi a denominação proposta por Frits Went (1926Holanda).
Palavra de origem grega, auxein, que significa crescer ou
aumentar.
1946 deu-se isolamento e caracterização química do ácido indolil
-3- acético (AIA), auxina natural mais ativa de plantas.
Coleóptilos
Peter Boysen-JensenFisiologista dinamarques
Arpad Paál - Hungria
Frits Warmolt WentFisiologista holandês
Biossíntese de AIA- ácido indolil-3-acético
Precursores
1) Aminoácido triptofano.
2) Indol-3-glicerol fosfato ou indol.
Locais de síntese:
Meristema apical caulinar.
Folhas jovens.
Frutos jovens e sementes.
Pouco em ápices radiculares.
GUS- gene que codifica a enzima
Beta-Glucuronidase,
que
não
ocorre em plantas.
Esse gene foi clonado ao promotor
de um gene SAUR cuja expressão
ocorre em
locais com alta
concentração de auxinas e sua
expressão é dose-dependente.
Dessa forma, ele indica onde há
auxinas.
A Beta-Glucuronidase, pode ser
histoquimicamente marcada com
corantes.
5-Bromo-4-chloro-1H-indol-3-yl β-Dglucopyranosiduronic acid
Biossíntese de auxinas
a partir de triptofano
Outras auxinas naturais menos ativas que AIA.
Ácido 4- cloro-indol-3-acético
Ácido fenilacético
Ácido indolil- 3- butírico (AIB)
Auxinas sintéticas
Transporte de auxinas
Transporte pode ser polar basípeto, ou seja, do ápice para a
base da planta.
Ou acrópeto, do ápice radicular para o córtex radicular
Pode ocorrer de célula a célula e/ou via floema.
Nos caules, folhas e raízes pode ocorrer no parênquima vascular e
através do floema.
Transporte polar em hipocótilos
Transporte polar de auxinas Modelo quimiosmótico do transporte
As H+ ATPases de membranas celulares geram gradiente eletroquímico
através da membrana.
Hidrolisam ATP e H2O.
Fazem o bombeamento de prótons H+ para paredes celulares (pH 5,0)
e OH- para citosol (pH 7,0).
Parede
celular
Citosol
pH 7,0
pH 5,0
AIA é um ácido fraco e lipofílico.
Nas paredes celulares predomina AIAH (protonado) devido ao pH
ao redor de 5,0.
No citosol, grande parte é AIA¯ (aniônico) devido ao pH ao redor de
7,0
AIAH entra na célula por duas vias:
1) Pela difusão simples.
2) Pelo co-transporte com H+ mediado pelas proteínas AUX
transportadoras de AIA, também chamadas de permeases.
Neste caso, usa o transporte ativo secundário.
AIA sai da base celular via proteína transportadora de efluxo PIN
(pin shaped inflorescences, isolada de Arabidopsis).
PIN
Na parede celular da parte apical da célula, ocorre o
cotransporte de AIA junto ao H+, pelos carregadores AUX ou pela
difusão.
O AIA¯ sai da parte basal do citoplasma através das proteínas
carregadoras PIN.
Proteínas PIN não são fixas na
membrana.
São
transportadas
para
compartimentos celulares.
Retornam à membrana quando
necessárias.
Seu movimento é dirigido pelo
citoesqueleto de actina.
Redistribuição
lateral
de
PIN
ocorre após estímulos luminosos
ou de gravidade.
Mutantes de Arabidopsis pin1 apresentam falhas na produção de
proteína PIN.
Ausência de distribuição lateral de PIN.
Transporte de AIA é apenas basal.
Meristema apical da inflorescência tem haste desprovida de
órgãos florais devido ao bloqueio no transporte lateral de
auxinas.
Auxinas atuam na sinalização de eventos para organogênese
de meristema apical de inflorescência.
Haste floral
Sem inflorescência
Anatomia de raízes
Localização das proteínas AUX 1 em
raízes por imunolocalização
As proteínas AUX localizam-se na
columela, na parte lateral da coifa e
nos tecidos do estelo .
Evidência do transporte polar de auxinas
Base caulinar
MODO DE AÇÃO DAS AUXINAS
Auxinas são substâncias lipofílicas.
Têm a capacidade de atravessar membranas celulares por
difusão ou carregadores.
Moléculas de auxinas precisam apresentar anel aromático para ter
atividade.
Devem se ligar a um receptor protéico nas membranas.
Proteínas receptoras de auxinas são chamadas de ABP
(proteínas ligadoras de auxina) e proteínas Rx.
Há três
sítios celulares de receptores: RE, membrana
plasmática e tonoplasto.
Maior parte ocorre no RE.
ABP1 tem alta afinidade e causa expansão celular.
Rx tem baixa afinidade e causa divisão celular.
RECEPTORES DE AUXINAS
PRINCIPAIS EFEITOS FISIOLÓGICOS DE
AUXINAS
Ativação de divisão celular.
Indução de crescimento celular por alongamento e expansão.
Indução de diferenciação celular.
Diferenciação de tecidos vasculares.
Desenvolvimento radicular e indução de enraizamento.
Fototropismo e gravitropismo (ou geotropismo).
Desenvolvimento de flores e frutos.
Controle de abscisão foliar.
Manutenção de dominância apical .
DIVISÃO CELULAR
Auxinas + citocininas causam proliferação celular de tecidos de folhas,
raízes , caules e gemas no cultivo “in vitro”.
Auxinas isoladas causam produção de calos “ in vitro” .
Auxina aumenta atividade de CDK/a (quinase a dependente de ciclina)
ativada por ciclina D3 na transição de G1 para S.
Ciclina D3 (CYC/D3) é ativada por citocininas.
Ativação
CDK/a , CYC/D3
CRESCIMENTO CELULAR
MECANISMOS DE ALONGAMENTO CELULAR
Para a célula expandir deve ocorrer afrouxamento das paredes
celulares, por ativação enzimática.
E diminuição de Ψ celular pelo aumento de micromoléculas
solúveis.
Ocorre relaxamento de estresse ou seja, redução da pressão
hidrostática celular (ou do potencial de pressão Ψ p) e de potencial
hídrico (Ψ celular).
Ψ celular fica mais negativo.
Isto causa aumento da absorção de água que auxilia a vacuolização
celular.
Estímulo de alongamento celular em segmentos de
coleóptilos de aveia
Hipótese do crescimento ácido: acidificação de
paredes celulares
Ação de auxinas
AIA causa ativação de H+ ATPases da membranas
celulares.
Ou
Síntese de novas H+ ATPases nas membranas
celulares.
Modelo de ativação de H+ ATPase de membrana plasmática
Ativação ou síntese de ATPases
ATIVAÇÃO
SÍNTESE
Consequências do abaixamento de pH de paredes
celulares
Ativação de hidrolases de parede celular: celulases, hemicelulases,
glucanases e pectinases.
Hidrólise de polímeros de parede: celuloses e hemiceluloses.
Deslizamento de polímeros da parede celular.
Produção e ação de proteínas expansinas que quebram pontes H
entre microfibrilas de celulose e hemicelulose.
Aumento de absorção de água e de solutos, principalmente K+.
Em coleóptilos de milho há aumento de 5 a 7 X na expressão de
genes de canais de K+ triplicando os canais e aumentando K+
celular.
Crescimento
de
caules
e
hipocótilos
concentrações de 10-6 a 10-5 M de AIA.
estimulado
em
PAREDE CELULAR –CÉLULAS DE GAMETÓFITOS DE
Acrostichum danaeifolium Langsd. , Fisch. (Polypodiopsida, Pteridaceae)
Aumento de K+
Aumento de absorção de água
Aumento de potencial de pressão
Diferenciação radicular e de tecidos
vasculares
Auxinas podem ser transportadas
caulinares para raízes.
dos meristemas apicais
Ocorre também síntese de auxinas nos ápices de raízes.
Raízes laterais são formadas a partir de células do periciclo
sensíveis às auxinas.
Primórdio radicular atravessa córtex e emerge pela epiderme.
Crescimento de raízes é estimulado em concentrações de 1010 a 10-9 M de AIA e inibido em concentrações maiores.
Raízes adventícias formam-se em caules ou pecíolos devido ao
estresse (via etileno), como por exemplo, alagamentos.
Células sofrem desdiferenciação.
Entram no ciclo celular, sofrem divisão e diferenciação com
formação de um novo meristema radicular.
Indução de raiz lateral
Diferenciação
de
tecidos
vasculares:
auxinas
produzidas nos meristemas caulinares apicais e
citocininas produzidas nos meristemas apicais de
raízes induzem diferenciação de xilema e floema.
Estímulo do enraizamento de estacas
caulinares/foliares.
Auxinas estimulam enraizamento caulinar.
Raízes adventícias são formadas no periciclo caulinar.
500 mg L-1
1000 mg L-1
2000 mg L-1
4000 mg L-1
Indução de tecido vascular
Diferenciação de raízes em cultura de tecido.
Crescimento de raízes estimulado com 10-10M e 10-9 M de AIA e
inibido a partir de 10-8 M, possivelmente devido à síntese de
etileno.
Folha
calo
raiz
Fototropismo
Fototropismo é a curvatura de caules e coleóptilos em direção a um
estímulo luminoso.
Ocorre transporte assimétrico de AIA em resposta ao estímulo
luminoso lateral.
A concentração de AIA torna-se maior no lado mais sombreado, que
cresce mais.
Evidência de distribuição lateral de auxinas pelo
estímulo luminoso
•
•
Luz azul é absorvida pelas fototropinas (flavoprotéinas
autofosforiláveis) que causam transporte assimétrico de
auxinas.
Isso gera maior crescimento no lado sombreado, onde há mais
AIA.
Gravitropismo ou geotropismo
Acúmulo de AIA na zona de alongamento da raíz.
Em raízes na posição horizontal auxinas da coifa migram para
parte inferior.
Proteínas PIN3 acumuladas no lado inferior aumentam transporte
de AIA.
Aumentos de concentração de AIA causam inibição de
crescimento celular em raízes.
Gravitropismo ou
geotropismo
Teoria da tensogridade - integridade tensiva
Raízes possuem na coifa, células especiais, os estatocitos com
estatolitos (grãos de amido móveis) que percebem a orientação
gravitacional.
Sedimentação de estatolitos causa rompimento de citoesqueleto,
mudança da tensão sobre RE, acúmulo de proteínas PIN 3 e
canais de Ca2+ na membrana.
Ocorrem alterações de atividades celulares.
Raízes crescendo verticalmente - PIN3 tem distribuição uniforme nas
células da columela e AIA também.
Partes aéreas (caules e ramos) – têm bainha de amido circundando
tecidos vasculares, que se orienta conforme a gravidade.
Dominância apical
Dominância apical é a inibição do crescimento das gemas axilares
pelo meristema apical.
Bloqueio de divisão celular e alongamento celular nas gemas
axilares.
Auxinas produzidas pelos meristemas apicais caulinares bloqueiam
a divisão celular das gemas axilares.
Parece haver a ativação de genes envolvidos com inibição de
divisão celular.
A remoção da gema apical reduz os níveis de auxinas e as gemas
axilares se desenvolvem.
Em plantas intactas, as gemas
axilares não se desenvolvem.
Quando o ápice é removido, as gemas
axilares crescem.
Quando auxina em lanolina é colocada
No ápice, as gemas axilares não
desenvolvem
Crescimento de frutos e indução de floração
Indução de crescimento de frutos: ex:
morango.
a) Fruto normal
b) Fruto com remoção de aquênios
c) Fruto com remoção de uma fileira de aquênios
Promoção de floração em bromeliáceas.
Promoção de flores femininas em plantas dióicas (via etileno), em
cucurbitáceas, por exemplo.
Auxinas estimulam a síntese de etileno
Referências bibliográficas consultadas
Kerbauy, G.B. 2004. Fisiologia Vegetal. Guanabara
Koogan, 452p.
Raven, P.H., Evert,R.F. & Eichhorn, S.E. 2001. Biologia
Vegetal, 6ª Edição, Guanabara Koogan.,906 p.
Taiz ,L. & Zeiger, E. 2004. FISIOLOGIA VEGETAL. 3ª
EDIÇÃO. ARTMED, 719P.
Taiz, L. & Zeiger, E.2006. Plant Physiology. Sinauer
Associates, Inc, Publishers, 705p.